專利名稱：增強(qiáng)來(lái)自生物對(duì)象的光學(xué)信號(hào)并將其成像的方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及利用表面增強(qiáng)的拉曼光i普學(xué)襯底的拉曼成像。
背景技術(shù)：
表面增強(qiáng)拉曼光譜學(xué)("SERS")是一種有趣的現(xiàn)象，但是它既 不是眾所周知的又不是可再現(xiàn)的也不是可控的。目前對(duì)增強(qiáng)拉曼信 號(hào)的微小金屬粒子做最大限度的理解和SERS工作。目前，SERS用 以增強(qiáng)表面上相對(duì)地小的分子的拉曼信號(hào)，而不是增強(qiáng)大的生物實(shí) 體的拉曼信號(hào)。起初在用電化學(xué)的方法弄糙的貴金屬表面上建立 SERS，所述SERS已證明難以表征和重現(xiàn)。大部分更近期的SERS 工作涉及使用微小的20-200nm直徑的銀或金的膠體微粒，這是由于 容易制造和可重現(xiàn)性的緣故。在某些情況下，處理這些粒子，使得 起與這些粒子結(jié)合的作用的配體被連附到特定化學(xué)實(shí)體上。在生物 樣品的情況下，這樣的配體稱為免疫標(biāo)簽(immuno tags),所述免疫 標(biāo)簽可以結(jié)合到生物樣品中輪廓清楚的蛋白質(zhì)或受體上。這樣的標(biāo) 記廣泛地用于其它醫(yī)療領(lǐng)域并且取決于特定的目標(biāo)對(duì)象，從而使這 樣的標(biāo)記不是研究任何材料或目標(biāo)實(shí)體的一般方法。
SERS研究主要受SERS探頭的小&寸的限制，所述SERS探頭 一般包括在所述結(jié)構(gòu)處或其附近(一般離開(kāi)這樣的結(jié)構(gòu)的距離在納 米范圍內(nèi)，但是離開(kāi)所述結(jié)構(gòu)5納米那樣多)提供增強(qiáng)的納米粒子 或結(jié)構(gòu)，大部分SERS以及用以理解，指導(dǎo)SERS基片或目標(biāo)的設(shè)計(jì)的現(xiàn)象學(xué)都基于要求將來(lái)自特定分子的結(jié)果信號(hào)最大化，不是生物 對(duì)象的增強(qiáng)的空間定位，也不是生物對(duì)象的增強(qiáng)的均勻性。大部分
大的SERS的實(shí)例要求分子被直接束縛在SERS表面上，從而提供導(dǎo) 致所述分子/表面(或粒子)復(fù)合體的強(qiáng)極化的新的電子狀態(tài)和光躍 遷。以下情況也是眾所周知的通過(guò)微小粒子或者通過(guò)在類似于諸 如Ag或Au (或者以微小粒子形式或者以微小粒子的集合體的形式) 的金屬的自由電子中建立局部靜止場(chǎng)或"等離子體"來(lái)增強(qiáng)局部電磁 場(chǎng)。已知設(shè)計(jì)好的物理的Ag或Au結(jié)構(gòu)，諸如光柵或陣列，用以把 入射電磁場(chǎng)耦合到所述對(duì)象，以便產(chǎn)生與這些結(jié)構(gòu)的等離子體相關(guān) 聯(lián)的諧振場(chǎng)增強(qiáng)。這些增強(qiáng)的場(chǎng)產(chǎn)生拉曼信號(hào)的增強(qiáng)，所述增強(qiáng)與 任何較短程(short range)化學(xué)增強(qiáng)結(jié)合在一起。在微小粒子的許多 實(shí)例中，這些等離子體受到最大限度的約束并且產(chǎn)生大的SERS增 強(qiáng)。
已經(jīng)在很寬的范圍內(nèi)研究SERS現(xiàn)象并且已經(jīng)用許多方法來(lái)實(shí) 現(xiàn)SERS現(xiàn)象，例如舉幾個(gè)例子利用電化學(xué)弄糙的表面上的貴金 屬Ag和Au、膠體微粒、溶膠-凝膠、淀積材料的微點(diǎn)陣、乳膠球體 和納米光纖上的覆蓋涂層、新型材料納米制備法、用光刻方法形成 的納米陣列和均勻光子晶體陣列。至今，聲稱一個(gè)范圍很寬的結(jié)杲， 列舉107至1014的各種不同的高水平的拉曼增強(qiáng)。
生物實(shí)體的SERS研究包括把微小納米粒子引入細(xì)胞中，所 述微小納米粒子可以連附在某些細(xì)胞內(nèi)生物材料上；把膠體微粒連 附到溶液中的生物對(duì)象；破壞細(xì)胞以便把細(xì)胞內(nèi)容暴露在基片的 SERS活性部位；或者把抗體活性SERS粒子的使用與抗體和SERS 配體兩者結(jié)合。這樣的SERS標(biāo)記免疫標(biāo)記粒子可以提供同熒光標(biāo) 簽竟?fàn)幍睦⑸鋸?qiáng)度，具有以下優(yōu)點(diǎn)與利用熒光標(biāo)簽?zāi)軌蜃龅?的相比，拉曼將允許同時(shí)檢測(cè)到多得多的標(biāo)簽。用于拉曼標(biāo)記檢定 的這后一種方法的缺點(diǎn)是免疫標(biāo)記是、一種基于試劑的系統(tǒng)，亦即， 不通用，并且取決于具有正確的免疫標(biāo)記和正確的化學(xué)原理，以侵_
把標(biāo)簽和拉曼配體兩者都結(jié)合在同一粒子上。它還受以下限制必 須知道目標(biāo)材料的識(shí)別性并且具有用以連附到生物對(duì)象中目標(biāo)材料 上的適當(dāng)?shù)拿庖邫z定。

發(fā)明內(nèi)容
本公開(kāi)提供用于將生物對(duì)象成像的方法。提供SERS表面，所 述SERS表面具有分布在該表面上的多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面 包括至少5 x l05nm2的二維區(qū)域。在s6kS表面上淀積生物材料。借 助于單色光源照射SERS表面上的生物材料，以便產(chǎn)生拉曼散射光 子。利用二維可調(diào)諧濾波器把拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定的波段。 二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)已過(guò)濾的拉曼散射光子。將過(guò) 濾和檢測(cè)步驟的結(jié)果組合在 一起，以便產(chǎn)生生物材料的多個(gè)以空間 精確波長(zhǎng)分辨的拉曼圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布 在所述表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度 中的至少一個(gè)維度的大小在從lOOnm至lOOOnm的范圍內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，沿著笫一光路照射SERS表面上的生物材料， 以便產(chǎn)生沿著第二光路的拉曼散射光子，其中第一光路相對(duì)于笫二 光路成傾斜角度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，在多個(gè)聚焦深度重復(fù)所述照射、過(guò)濾和檢 測(cè)步驟，以便產(chǎn)生多個(gè)輸出信號(hào)。組合所述輸出信號(hào)，以便構(gòu)成淀 積在SERS表面上的所述生物材料的體積圖像。
在又一個(gè)實(shí)施例中，把SERS表面支撐在透明基片上。
本公開(kāi)還提供用于將生物對(duì)象成像的方法。提供具有以下各項(xiàng) 之一的SERS表面均勻地分布在所述表面上的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)；和 均勻地分布在所述表面上的多個(gè)細(xì)微結(jié)構(gòu)(mesostructure)。在SERS 表面上淀積生物材料。在生物材料SERS表面之間設(shè)置試劑。借助 于單色光源照射SERS表面上的生物材料，以便產(chǎn)生拉曼散射光子。 利用二維可調(diào)諧濾波器把拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定的波段。二 維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子。將過(guò)濾和檢測(cè)步驟的結(jié)果相結(jié)合，以便產(chǎn)生所述生物材料的多個(gè)以空間精確 波長(zhǎng)分辨的拉曼圖像。
本公開(kāi)還提供用于將對(duì)象成像的方法。提供SERS表面，所述 SERS表面具有分布在該表面上的多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括 至少5 x I05nm2的二維區(qū)域。在SERS表面上淀積材料，其中所述材 料的長(zhǎng)度或?qū)挾戎械闹辽僖粋€(gè)維度具有至少600nm的大小。借助于 單色光源照射SERS表面上的所述材料，以便產(chǎn)生拉曼散射光子。 利用二維可調(diào)諧濾波器將拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定的波段。二
維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子。將過(guò)濾和 檢測(cè)步驟的結(jié)果相結(jié)合以便產(chǎn)生所述材料的多個(gè)以空間精確波長(zhǎng)分 辨的拉曼圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在所述 表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度中 至少一個(gè)維度的大小在從i00nm至1000nm的范圍內(nèi)。
本公開(kāi)提供用作設(shè)置在樣品(諸如組織、器官或人體部分)上 的診斷探頭的設(shè)備。所述設(shè)備包括單色光源、多個(gè)光纖、SERS表面、 二維可調(diào)諧濾波器、二維檢測(cè)器和處理器。所述光纖把基本上單色 的光傳送到樣品并且接收由所述樣品產(chǎn)生的拉曼散射光子。所述 SERS表面位于所述基片的外部。所述SERS表面具有分布在所述表 面上的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述表面包括至少5x 105111112的二維區(qū)域，而所述 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從lOOnm至 lOOOnm的范圍內(nèi)。二維可調(diào)諧濾波器將所述拉曼散射光子過(guò)濾成多 個(gè)預(yù)定的波段。二維檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光 子并且響應(yīng)所述拉曼散射光子產(chǎn)生多個(gè)預(yù)定波段的輸出信號(hào)。處理 器組合二維檢測(cè)器的輸出信號(hào)而產(chǎn)生所述樣品的多個(gè)以空間精確波 長(zhǎng)分辨的拉曼圖像。


用來(lái)提供對(duì)本公開(kāi)的進(jìn)一步理解并且包含在說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成說(shuō) 明書(shū)的一部分的

本公開(kāi)的實(shí)施例并且連同以下的描述一起用來(lái)解釋本^Hf的原理。
附圖中
圖1圖解說(shuō)明與本公開(kāi)結(jié)合使用的示范性系統(tǒng)；
圖2圖解說(shuō)明與^/>開(kāi)結(jié)合使用的示范性系統(tǒng)；
圖3圖解說(shuō)明與本^^開(kāi)結(jié)合使用的示范性系統(tǒng)；
圖4圖解說(shuō)明具有均勻地分布在整個(gè)表面上的細(xì)微結(jié)構(gòu)的SERS 表面；
圖5圖解說(shuō)明分布在示范性SERS表面上的生物實(shí)體，所述SERS 表面具有均勻地分布在整個(gè)表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)；
圖6A和6B圖解說(shuō)明拉曼增強(qiáng)的短程增強(qiáng)和長(zhǎng)程增強(qiáng)的才莫擬；
圖7圖解說(shuō)明本公開(kāi)的示范性裝置；
圖8圖解說(shuō)明與本公開(kāi)結(jié)合使用的示范性系統(tǒng)；和
圖9是說(shuō)明本公開(kāi)的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面將詳細(xì)涉及本^Hf的實(shí)施例，附圖中圖解說(shuō)明其中的示例。
只要可能，在所有的附圖中相同的標(biāo)號(hào)將用來(lái)指明相同或類似的部 分。
本公開(kāi)提供SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少5《105111112的二維區(qū)域。在一個(gè)實(shí) 施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度中的至少一個(gè)維度的大 小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。所述表面用于淀積和檢測(cè)具有 增強(qiáng)的拉曼散射的生物對(duì)象。本公開(kāi)還提供產(chǎn)生淀積在增強(qiáng)結(jié)構(gòu) SERS表面上的生物材料的具有增強(qiáng)拉曼信號(hào)的多個(gè)光譜分辨圖像和 多個(gè)空間分辨光譜的方法。所^均勻SERS表面將以這樣一種方式 將拉曼信號(hào)增強(qiáng)100-1000倍，即，所述表面在整個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)是均 勻的并且進(jìn)一步顯著地遠(yuǎn)離所述表面擴(kuò)展，以便獲得大生物對(duì)象的 空間精確拉曼圖像。與以前可能的結(jié)果相比，本公開(kāi)的方法將顯著 地加快生物對(duì)象的空間分辨拉曼成像。將在不需要所述生物對(duì)象的分子成分的化學(xué)標(biāo)記的情況下完成所述威像。
圖1圖解說(shuō)明可以用來(lái)執(zhí)行本公開(kāi)的方法的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例。
樣品100淀積在定位于基片105上的均勻結(jié)構(gòu)的SERS表面102上。 光源110利用多個(gè)光子照射樣品100,..產(chǎn)生從所述樣品散射的拉曼光 子。光源110可以包括任何傳統(tǒng)的光源，包括激光器、發(fā)光二極管
和其他紅外或近紅外器件。還可以將光源iio定向或選擇光源no， 以便提供對(duì)樣品的消散照射。
在一個(gè)實(shí)施例中，把單色光源110放在適當(dāng)位置以便提供沿笫 一光路113的入射光，第一光路113與樣品100成一定角度，與正 交于樣品100的光發(fā)射相對(duì)立，如圖1中圖解說(shuō)明的。換句話說(shuō)，
用來(lái)照射樣品的輻射不一定要經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)顯微鏡(或視場(chǎng)顯微鏡)的
光學(xué)系統(tǒng)，相反，它可以以傾斜的角度從樣品100的上面或下面照 射所述樣品。光子束112被反射鏡115^收并偏轉(zhuǎn)，穿過(guò)透鏡120。 透鏡120可以任選地用來(lái)把光線聚焦在樣品100上。作為另一方案， 光子束112可以射向樣品100而不需要反射鏡115。
光子束112中到達(dá)樣品100的i午多光子照射所述樣品并且從所 述樣品上或所述樣品內(nèi)的不同位置散射。散射光子被示意地表示為 射束116和118，同時(shí)鏡面反射光子被示意地表示為射束114。
散射光子被示意地表示為射束116和118,同時(shí)鏡面反射光子被 示意地表示為射束114。產(chǎn)生沿著第二光路119的散射光子，其中笫 一光路113相對(duì)于第二光路119成傾斜角度。
圖3圖解說(shuō)明用來(lái)執(zhí)行本公開(kāi)的方法的系統(tǒng)的另一個(gè)實(shí)施例。 把單色光源110放在適當(dāng)位置以便提供沿著正交于樣品100的光路 119的入射光。，用來(lái)照射樣品的入射光經(jīng)過(guò)傳統(tǒng)顯微鏡的光學(xué)系統(tǒng)。 把產(chǎn)生的沿著光路119的^L射光子示意地表示為射束116和118。
參見(jiàn)圖1，沿著第二光路119設(shè)置光學(xué)透鏡125,以便收集散射 光子。光學(xué)透鏡125可以用來(lái)收集和聚焦接收的光子束。這包括既 收集和聚焦極化光子又收集和聚焦非極化光子?？梢酝ㄟ^(guò)改變光學(xué)
透鏡125相對(duì)于樣品100的位置來(lái)改變聚焦深度。 一般說(shuō)來(lái)，樣品 大小和所需的放大倍數(shù)決定了對(duì)光收集光學(xué)透鏡125的選擇。例如， 顯微鏡可以用來(lái)分析亞微米至微米的樣-品。對(duì)于4交大的樣品，可以 使用微距鏡頭。光學(xué)透鏡125 (以及透鏡120)可以包括筒單的低分 辨率/像差透鏡，所述低分辨率/像差透鏡具有較大的數(shù)字孔徑，^Mv而 增大系統(tǒng)的光通過(guò)量和工作效率。把反射鏡130放在適當(dāng)位以便將 散射光子束118射向可調(diào)諧濾波器140。應(yīng)該指出，在把可調(diào)諧濾波 器設(shè)置在樣品100上方的配置中，反射鏡130的設(shè)置是可選的并且 可以是不必要的。
可以在可調(diào)諧濾波器140之前設(shè)置激光帶阻濾波器(rejection filter)135,以便過(guò)濾出用射束116表示的彈性散射照射光并且優(yōu)化系 統(tǒng)的性能。換句話說(shuō)，阻帶濾波器135允許對(duì)照射波長(zhǎng)下的光子進(jìn) 行光譜濾波。
進(jìn)一步參考圖1，濾波器140把散射光子變成多個(gè)預(yù)定的波,殳。 濾波器150可以包括對(duì)應(yīng)于例如以下各種濾波器的可調(diào)諧渡波器 電光可調(diào)諧濾波器、液晶可調(diào)諧濾波器("LCTF')、聲光可調(diào)諧濾波 器("AOTF')、法布里-珀羅角度調(diào)諧濾波器、里奧濾波器、Evans分 束元件液晶可調(diào)諧濾波器、Sole液晶可調(diào)諧濾波器、光語(yǔ)分集濾波 器、光子晶體濾波器、固定波長(zhǎng)法布里-珀羅可調(diào)諧濾波器、空氣調(diào) 諧法布里-珀羅可調(diào)諧濾波器、機(jī)械調(diào)諧法布里-珀羅可調(diào)諧濾波器和 液晶法布里-珀羅可調(diào)諧濾波器。把濾波器140放在第二光路119中 適當(dāng)位置。所述多個(gè)預(yù)定波段包括特定波長(zhǎng)或波長(zhǎng)范圍。在一個(gè)實(shí) 施例中，所述預(yù)定波段包括經(jīng)受分析的樣品的波長(zhǎng)特性?？梢酝ㄟ^(guò) 濾波器140的波長(zhǎng)可以在從200nm (紫外區(qū))至2000nm (亦即，近 紅外)范圍內(nèi)。濾波器的選擇取決于所需的光區(qū)域和/或所分析的樣 品的特性。選擇所述濾波器以便工作在以下光譜范圍中的一個(gè)或多 個(gè)光譜范圍紫外線(UV)、可見(jiàn)光和近紅外。
在另一個(gè)實(shí)施例中，所述濾波器可以包括二維光柵色散器，所
述二維光柵色散器包括全息光柵。利用電子束加工光刻來(lái)制造所述 全息光柵。可以把光柵制造成實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光、紫外、紅外或近紅外波 長(zhǎng)范圍內(nèi)的光鐠波長(zhǎng)分辨率。把所述光柵制造成在對(duì)應(yīng)于碳?xì)謇?br> 模的2800cm-1至3200cm-1光譜范圍的拉曼位移值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光譜分 辨率。在第二實(shí)施例中，把光柵108制造成在對(duì)應(yīng)于500cm"至 2000cm-1的指紋區(qū)域的拉曼位移值范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)光譜分辨率。在題為" 用于拉曼計(jì)算機(jī)斷析成像光語(yǔ)術(shù)的方法"的美國(guó)專利申請(qǐng)
No.11/336,588中描述了用作光譜成像工具的計(jì)算機(jī)層析成像光譜術(shù) ("CTIS"),通過(guò)引用將所述專利申請(qǐng)全部包括在本文中。
檢測(cè)元件的第一二維陣列145 ("第一檢測(cè)器")以空間精確方式 檢測(cè)濾波的拉曼^L射光子，以便產(chǎn)生輸出到處理器150的輸出信號(hào)。 第一檢測(cè)器可以包括數(shù)字裝置，諸如像焦點(diǎn)平面陣列("FPA")電荷 耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器。用 來(lái)表征感興趣的樣品的光區(qū)域(optical regicm)決定對(duì)所述第一二維陣 列檢測(cè)器的選擇。例如，硅電荷耦合器件("CCD")的二維陣列檢 測(cè)元件可以用于利用可見(jiàn)光波長(zhǎng)熒光,和拉曼光語(yǔ)學(xué)來(lái)進(jìn)行圖像分 析，而砷化鎵(GaAs )和砷化鎵銦(GalnAs )焦平面陣列(FPA ) 檢測(cè)器可以用于在近紅外波長(zhǎng)進(jìn)行圖像分析。對(duì)這樣的器件的選擇 取決于正在被分析的樣品的類型。氣一檢測(cè)器145以空間精確方式 檢測(cè)通過(guò)可調(diào)諧濾波器140的散射光子。在一個(gè)實(shí)施例中，用來(lái)形 成檢測(cè)陣列145的檢測(cè)元件的第一二維陣列中每一個(gè)檢測(cè)元件用于 檢測(cè)從所述樣品上或所述樣品內(nèi)不同空間位置散射的光子。在一個(gè) 實(shí)施例中，檢測(cè)元件的第一二維陣列145產(chǎn)生由可調(diào)諧濾波器140 處理的樣品的整個(gè)視圖的數(shù)字圖像。
檢測(cè)元件的第二二維陣列117 ("第二檢測(cè)器")可以包括諸如用 來(lái)檢測(cè)反射光子的CCD或CMOS傳感器的數(shù)字器件。
圖2示意地表示按照本z^開(kāi)的又一個(gè)實(shí)施例的系統(tǒng)。更具體地 說(shuō)，圖2示意地示出用于利用低光級(jí)以可變放大率成像的高光通量
配置。光學(xué)部件的集合類似于圖1中圖解說(shuō)明的，但是利用來(lái)自樣
品100的下側(cè)的照射。
應(yīng)該指出，在圖1和2兩者中，都以傾斜的角度照射樣品100。 具體地參考圖2，光子束113和樣品100的平面軸線形成傾斜的角度。 已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)傾斜的照射，開(kāi)發(fā)了所謂"暗場(chǎng)拉曼成像"。與傳統(tǒng) 的亮場(chǎng)拉曼配置相反，暗場(chǎng)拉曼成像消除了圖像捕獲光學(xué)部件與激 發(fā)輻射的輸送的相互影響。因而，已經(jīng)把入射輻射的內(nèi)部散射和衰 減減到最小，以便改善信噪比。此外，把光源安置在光學(xué)系統(tǒng)的外 面還允許使用較低成本、較低功率照射光源以及把若干照明光源較 筒單地成本較低地結(jié)合到所述系統(tǒng)中。另外，它便于把照射光束耦 合到器件(諸如波導(dǎo)、集成光學(xué)部件和微流體器件)中。
在圖1、 2和3中所示的每一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)處理器150 耦合到圖1和2中圖解說(shuō)明的設(shè)備的光學(xué)裝置并且用來(lái)控制所述光 學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置包括透鏡120、 125、 135、反射鏡115、 130、 可調(diào)諧濾波器140;第一檢測(cè)器145和第二檢測(cè)器117。處理器150 組合來(lái)自可調(diào)諧濾波器14Q和第一檢測(cè)器145的結(jié)果，以便產(chǎn)生多 個(gè)空間分辨拉曼光譜和/或多個(gè)光語(yǔ)分辨拉曼圖像。然后利用可以應(yīng) 用于光譜數(shù)據(jù)的參考數(shù)據(jù)庫(kù)155或統(tǒng)許技術(shù)來(lái)處理作為結(jié)果產(chǎn)生的 空間精確波長(zhǎng)分辨的拉曼圖像，以便產(chǎn)生關(guān)于所述樣品的相關(guān)生物 信息的圖像。
由圖1、 2和3中圖解說(shuō)明的示范性系統(tǒng)產(chǎn)生的輸出包括三維數(shù) 據(jù)塊或具有在x和y方向的空間維度和z方向的波長(zhǎng)或頻率的超立 方體。從所述超立方體，可以選擇圖像平面的每一個(gè)像素的多個(gè)光 鐠用于分析或者可以選擇多個(gè)以空間精確波長(zhǎng)分辨的圖像用于分 析?？梢酝ㄟ^(guò)多變量(化學(xué)計(jì)量)分析技術(shù)(諸如主成分分析法、 主成分回歸和部分最小二乘方建;f莫)來(lái)分析包含在所述超立方體中
的數(shù)據(jù)，以便產(chǎn)生化學(xué)圖像。所述化學(xué)圖像內(nèi)的信息包括表征分析 的材料的空間、化學(xué)、結(jié)構(gòu)和功能信息。
參照?qǐng)D4，示意解說(shuō)明具有分布在整個(gè)表面的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)410 的SERS表面，其中所述表面包括至少5 x 105nm2的二維區(qū)域。在一 個(gè)實(shí)施例中，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在整個(gè)所述表面上。在另一個(gè)實(shí) 施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在高度或?qū)挾然蜷L(zhǎng)度中的至少一個(gè)維度中具 有100-1000nm的大小，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在整個(gè)所述表面 上。圖中示出增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的SERS表面，與納米結(jié)構(gòu)表面420 (所述納 米結(jié)構(gòu)表面具有0.1至10nm的顯著地較小維度的結(jié)構(gòu))形成對(duì)比。 增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面將呈現(xiàn)拉曼信號(hào)的、電磁增強(qiáng)和/或化學(xué)增強(qiáng)?？?以想像，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面將具有擴(kuò)展的等離子體場(chǎng)，以便在離 開(kāi)所述表面的微米距離上對(duì)生物實(shí)體的細(xì)胞內(nèi)材料采樣。可以通過(guò) 調(diào)諧入射角度以便光學(xué)耦合到所述表面上的較長(zhǎng)周期光學(xué)或細(xì)微結(jié) 構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些擴(kuò)展的等離子體的激勵(lì)。可以通過(guò)以下方法來(lái)制造 所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)電化學(xué)或氣相淀積、氣相合金淀積或賊散、化學(xué)(反 應(yīng))淀積、化學(xué)或電化學(xué)蝕刻、金屬表面的電化學(xué)弄糙法、電子束 曝光(光刻)、半導(dǎo)體光刻制造法、膠體制備法和/或這些工藝過(guò)程的 各種不同組合。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻金屬而從合金薄膜制造 所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)多孔金屬薄膜執(zhí)行電化 學(xué)弄糙法來(lái)制造所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu) SERS表面包括金表面。在又一個(gè)實(shí)施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表 面包括銀表面。在美國(guó)專利公開(kāi)No.2006/0061762中描述了形成增強(qiáng) 結(jié)構(gòu)SERS表面的方法，通過(guò)引用將所述專利全部包括在本文中。
在一個(gè)實(shí)施例中，把具有分布在所述表面上的多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的 SERS表面想像為多孔薄膜，所述多孔薄膜在信號(hào)增強(qiáng)方面呈現(xiàn)逐點(diǎn) 變化，具有僅僅士 15%的標(biāo)準(zhǔn)偏差。這與具有200 %至200000 %的 逐點(diǎn)變化的先有技術(shù)SERS表面形成對(duì)比。在另一個(gè)實(shí)施例中，把 所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面想像為具有孔隙區(qū)域和金屬薄膜區(qū)域的金 屬薄膜。
參見(jiàn)圖5，示意解說(shuō)明分布在示范性SERS表面上的示范性生物材料520、 530，所述示范性SERS表面具有分布在整個(gè)表面505 上的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)510。代表性的生物實(shí)體、大小和形狀包括葡萄^^菌 屬 700nm直徑球體；大腸桿菌 600 x 2000nm成型棒；炭疽嚢腫 (anthrax cyst) 1000-2000nm成長(zhǎng)方形；血細(xì)胞~2000 x 8000nm成型 碟；上皮細(xì)胞 10000 x 50000nm成平板漬(flat blob)。在一個(gè)實(shí)施例 中，可以想像，所述結(jié)構(gòu)將在SERS表面的x和y方向上均勻地分 布，使得生物材料的表面與SERS增強(qiáng)結(jié)構(gòu)有基本上均一的接觸， 不存在表面結(jié)構(gòu)有缺陷的區(qū)域。均勻增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面將在其整 個(gè)表面上提供基本上均勻的拉曼信號(hào)增強(qiáng)。例如，具有延伸在1000nm 直徑范圍內(nèi)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的均勻結(jié)構(gòu)SERS表面可以用來(lái)增強(qiáng)葡萄球 菌屬細(xì)菌的拉曼"R射信號(hào)。例如，具有在x方向上3000nm范圍內(nèi)和 在y方向上1000nm范圍內(nèi)延伸的增彈結(jié)構(gòu)的均勻結(jié)構(gòu)SERS表面可 以用來(lái)增強(qiáng)炭疽芽胞(anthrax spore)的拉曼散射信號(hào)。如圖5中所示， 較大生物實(shí)體的電磁增強(qiáng)和/或化學(xué)增強(qiáng)將要求與用于綁定在所述表 面上的小分子的電磁場(chǎng)模式不同的電磁場(chǎng)模式。密集的均勻結(jié)構(gòu) SERS表面的局部電磁場(chǎng)很可能具有足夠的電磁增強(qiáng)來(lái)探索生物對(duì)象 最外層的內(nèi)部。為了在空間上探索更深的深度，要求圖4中所示的 均勻樹(shù)枝樣結(jié)構(gòu)特征的更加擴(kuò)展的電磁場(chǎng)。在改變?nèi)肷浣菚r(shí)，長(zhǎng)程 增強(qiáng)(short range enhancement)和短程增強(qiáng)的比率將變化，因而允 許人們區(qū)別SERS增強(qiáng)的這兩個(gè)成分。
在一個(gè)實(shí)施例中，所述材料包括組織樣品，諸如新鮮或石臘嵌 入的組織的薄的切片。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述樣品包括細(xì)胞樣品， 諸如在細(xì)針管吸出(Fine Needle Aspiration )、尿細(xì)胞學(xué)(urine cytology )、支氣管沖洗法(bronchial lavage )、腹膜沖洗法(peritoneal lavage )和子宮頸刮削法(cervical scraping )中按照慣例獲得的細(xì)胞 樣品。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述材料的長(zhǎng)度或?qū)挾戎兄辽僖粋€(gè)維度 具有至少600nm的大小。
圖6A和6B圖解"i兌明關(guān)于SERS表面的局部短程納米結(jié)構(gòu)化學(xué)增強(qiáng)和弱得多的較長(zhǎng)程場(chǎng)增強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)的現(xiàn)象才莫擬。如圖6A中所 示，最高短程增強(qiáng)取決于微小粒子的強(qiáng)局部場(chǎng)，或者如這里所描繪 的，取決于根據(jù)金屬部位和分子及其局部電子配置的波函數(shù)的重疊 的化學(xué)效應(yīng)。與這樣的波函數(shù)重疊相關(guān)聯(lián)，這些增強(qiáng)在距離SERS 表面5nm距離處消失。參照?qǐng)D6B,較長(zhǎng)增強(qiáng)取決于表面結(jié)構(gòu)的電動(dòng) 力學(xué)及其借助于底層金屬或者與其它介質(zhì)層的相互作用的屏蔽或無(wú)
屏蔽。圖6B的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度或?qū)挾然蜷L(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小 在從IOO證至1000nm的范圍內(nèi)。金屬的粒子/特征的空間特征(諸 如大小和形狀)確定較長(zhǎng)程擴(kuò)展場(chǎng)的長(zhǎng)度和屏蔽。圖6B示出用于較 長(zhǎng)程場(chǎng)增強(qiáng)的兩種屏蔽;f莫型，其中，把來(lái)自強(qiáng)局部場(chǎng)的電子密度按 比例制圖，以便反映借助于基片的不同的屏蔽。這種模擬利用所述 電磁場(chǎng)的屏蔽的等離子體模型。由銀光柵結(jié)構(gòu)引起的表面等離子體 的空間擴(kuò)展是眾所周知的并且先前已經(jīng)觀察到其有助于總的SERS 增強(qiáng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)提供用于將水平地設(shè)置在整個(gè)增強(qiáng)結(jié) 構(gòu)SERS表面上的生物材料成像以便準(zhǔn)確找出生物材料內(nèi)細(xì)胞器的 位置并且更精確地檢測(cè)不同的生物化學(xué)制品。所實(shí)現(xiàn)的較高的信噪 比("S/N")允許檢測(cè)這些細(xì)胞化學(xué)制品的更敏感的變化，所述變化 反映生物化學(xué)問(wèn)題，例如，癌或新陳代謝機(jī)能紊亂。在一個(gè)實(shí)施例 中，在不需要任何特殊的免疫標(biāo)記劑(agent)的情況下增強(qiáng)不同生物 材料的拉曼信號(hào)。
在另一個(gè)實(shí)施例中，類似地，利用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面的體積 成像將實(shí)現(xiàn)這些生物材料的實(shí)際空間坐標(biāo)以及細(xì)胞或其它生物材料 中的它們的分子識(shí)別性。通過(guò)收集多個(gè)聚焦深度的多個(gè)空間分辨拉 曼光譜和/或多個(gè)光譜分辨拉蔓圖像來(lái)獲得所述體積圖像。然后把在 多個(gè)聚焦深度產(chǎn)生的輸出組合起來(lái)，以便構(gòu)成生物實(shí)體的體積圖像。 雖然細(xì)胞的細(xì)胞器內(nèi)的某些化學(xué)制品的自然定位是眾所周知，但是， 必須具有用以纟企測(cè)化學(xué)制品的靈敏度和分辨率。否則，必須從許多
細(xì)胞獲取這樣的材料，以便獲得用于逸樣的分析的足夠的材料，如 果人們僅僅具有用以研究的少量癌細(xì)胞，那么這種必要性就成問(wèn)題。
增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面的距離相關(guān)特性將允許重新校準(zhǔn)在z方向上在 空間上變化的實(shí)際信號(hào)電平并且反映遍及所述細(xì)胞的這些化學(xué)制品 的實(shí)際相對(duì)濃度。
在又一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)提供這樣的表面可以預(yù)計(jì)該表面 在SERS表面生物實(shí)體界面具有試劑儲(chǔ)器。這種表面將允許進(jìn)行寬 范圍的細(xì)胞膜和細(xì)胞新陳代謝研究，包括細(xì)胞膜處理法以及細(xì)胞膜 化學(xué)組成和性質(zhì)。由于極薄的脂雙層層( 60nm)的緣故，至今難 以研究這種界面及其特性，所述脂雙層層包括這種膜以及存在于其 中的少量細(xì)胞生物化學(xué)制品。還可以預(yù)計(jì)，用于局部和擴(kuò)展的增強(qiáng) 的既具有細(xì)微結(jié)構(gòu)(在至少一個(gè)維度上具有100nm至1000nm大小) 又具有納米結(jié)構(gòu)(在至少一個(gè)維度上具有l(wèi)nm至10nm大小)的SERS 表面結(jié)構(gòu)允許對(duì)任一種結(jié)構(gòu)或兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行采樣。
在另一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)預(yù)計(jì)利用增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面既辨 別局部生物實(shí)體又辨別更遠(yuǎn)的生物實(shí)體。通過(guò)改變和選擇入射光的 角度，人們可以調(diào)諧結(jié)果場(chǎng)，以便探索生物對(duì)象的膜上或更遠(yuǎn)離它 的局部束縛結(jié)構(gòu)。釆樣距離的這種差異實(shí)質(zhì)上利用長(zhǎng)程和短程增強(qiáng)， 所述長(zhǎng)程和短程增強(qiáng)可以由以偏離法向入射激勵(lì)的不同的等離子體 產(chǎn)生。此外，入射光的角度調(diào)制可以允許兩個(gè)區(qū)域的比較和這些不 同信號(hào)貢獻(xiàn)的直接比較，從而允許更清晰地描繪每一個(gè)信號(hào)。這種 信號(hào)調(diào)制法是廣為人知的并用來(lái)分離信號(hào)，并且稱為微分調(diào)制或"鎖 相檢測(cè)"。
在另 一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)預(yù)計(jì)在透明基片上制造具有增強(qiáng)結(jié) 構(gòu)SERS表面的裝置。參照閨7，裝置710包括單色光源712、多個(gè) 光纖714、 SERS表面715、增強(qiáng)擴(kuò)展場(chǎng)716、透明基片717、 二維可 調(diào)諧濾波器718、 二維檢測(cè)器720和處理器722。光纖714把基本上 單色的光傳送到樣品并且接收由所述樣品產(chǎn)生的拉曼散射光子。SERS表面716具有分布在基片表面717外面的結(jié)構(gòu)，其中所述表面 包括至少5x 105111112的二維區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)均勻地 分布在整個(gè)所述表面上。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度 或?qū)挾然蜷L(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍 內(nèi)。二維可調(diào)諧濾波器718將拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段。 二維檢測(cè)器720以空間精確方式檢測(cè)已濾波的拉曼散射光子并且響 應(yīng)多個(gè)預(yù)定波段中的拉曼散射光子而產(chǎn)生輸出信號(hào)。處理器722組 合所述二維檢測(cè)器的輸出信號(hào)，以便產(chǎn)生所述樣品的多個(gè)以空間精 確波長(zhǎng)分辨的拉曼圖像。裝置710允許后向散射幾何結(jié)構(gòu)中的照射 和拉曼收集的投影模式，所述后向散射幾何結(jié)構(gòu)允許對(duì)其上設(shè)置探 頭的固體對(duì)象的照射和檢測(cè)。如圖7中圖解說(shuō)明的，多個(gè)光纖714 傳送和收集所述照射和拉曼散射光。在一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可 以用作外科手術(shù)期間設(shè)置在或壓入組織的主體部分的接觸探頭，用 以確定特定的分子特性。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述裝置可以用作便 攜式傳感探頭，用以檢測(cè)毒性粉末或液體。
在又一個(gè)實(shí)施例中，想像具有軟柔韌基片上的SERS表面的裝 置，所述軟柔韌基片允許用于手持裝置(handle held units)的一次 性采樣頭。或者具體地說(shuō)，用作一次性探頭，所述一次性探頭在病 人使用之后可以被廢棄。這種裝置的使用將既提供信號(hào)增強(qiáng)又提供 一次性使用在病人身上的可廢棄表面。對(duì)于這樣的病人應(yīng)用，還希 望在可能接觸到病人的生物材料的外SERS表面上具有光學(xué)透明保 護(hù)層。所述保護(hù)覆蓋層可以保護(hù)所述SERS表面免受環(huán)境引起的損 壞。理想的是，所述保護(hù)層應(yīng)當(dāng)是薄的，以便將感興趣的材料與SERS 粗糙特征的隔離減到最小。保護(hù)層還應(yīng)當(dāng)具有簡(jiǎn)單的拉曼光譜，以 避免混淆來(lái)自感興趣的材料的拉曼信號(hào),。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以想像增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面可以用于與 蛋白質(zhì)手性相關(guān)聯(lián)的較弱的拉曼特征和拉曼旋光性(optical activity)的 測(cè)量。拉曼手性雖然具有極微弱的信號(hào)，但是可以提供關(guān)于蛋白質(zhì)
折疊的獨(dú)特和新穎的信息。把這樣的測(cè)量加速一千倍將能夠使過(guò)去 花費(fèi)一個(gè)星期的測(cè)量變成花費(fèi)10分鐘?；蛘?，在一定區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn) 生拉曼增強(qiáng)的能力可以允許測(cè)量空間分辨拉曼旋光性。這可以允許 準(zhǔn)確找出細(xì)胞中出現(xiàn)異常拉曼旋光性的位置。另外，還可以利用允 許亞細(xì)胞級(jí)分子分離度這樣的表面不僅在細(xì)胞中而且在特定的細(xì)胞 器中更有效地檢測(cè)錯(cuò)誤的蛋白質(zhì)折疊。這些蛋白質(zhì)折疊問(wèn)題形成若 干疾病(諸如老年性癡呆癥和瘋牛病)的基礎(chǔ)。由于需要維持拉曼 旋光性的圓極化的緣故，周期性結(jié)構(gòu)將很可能抑制拉曼信號(hào)?？梢?想像，隨機(jī)結(jié)構(gòu)將不會(huì)干擾或顯著降低來(lái)自這樣的表面的圓極化拉 曼的測(cè)量值。
在又一個(gè)實(shí)施例中，預(yù)計(jì)在基于拉曼光譜學(xué)的生物材料研究中
由于利用本公開(kāi)的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS表面增強(qiáng)信號(hào)電平的可能性導(dǎo)致 減少激光功率、數(shù)據(jù)采集時(shí)間和/或提高靈敏度。在又一個(gè)實(shí)施例中， 預(yù)計(jì)在各種各樣基于光譜學(xué)的生物材料研究中減少激光功率或數(shù)據(jù) 采集時(shí)間。
參照?qǐng)D8,本公開(kāi)的實(shí)施例圖解說(shuō)明用于將淀積在增強(qiáng)結(jié)構(gòu)SERS 表面810上的樣品820成像的可變角度系統(tǒng)。所述樣品和SERS表 面凈支支撐在沿著平面805設(shè)置的基片上。利用單色光源沿著光路840 照射樣品820。光路840處于相對(duì)于基片平面805非90°角的照射845 的第一角度。照射845的角度可以從相對(duì)于基片平面約0°變化到相 對(duì)于所述基片平面89° 。
在一個(gè)實(shí)施例中，本公開(kāi)把圖8中圖解說(shuō)明的系統(tǒng)用于在照射 的變化角度測(cè)量來(lái)自淀積在細(xì)微結(jié)構(gòu)的SERS表面上的樣品的空間 和光譜信息。參照?qǐng)D9,圖中示出說(shuō)明本^^開(kāi)的方法的流程圖。在步 驟910中，利用單色光沿著光路照射所述樣品，產(chǎn)生拉曼散射光子， 其中所述光路處于照射的第 一角度，其中所迷照射的第 一角度是相 對(duì)于所述基片平面的非90°的角度。在步驟920，把拉曼散射光子 過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定的波段。波段在步驟930，以空間精確方式檢測(cè)已過(guò)濾的拉曼散射光子。在步驟940,產(chǎn)生所述樣品的多個(gè)第一以空間精 確波長(zhǎng)分辨的圖像。在步驟950,利用單色光沿著光路照射所述樣品， 產(chǎn)生拉曼散射光子，其中所述光路處于照射的第二角度，其中所述 照射的第二角度是相對(duì)于所述基片平面的非90°的角度。然后重復(fù) 步驟920、 930和940，以便產(chǎn)生多個(gè)第二以空間精確波長(zhǎng)分辨的圖 像。在步驟960，把多個(gè)第一以空間精確波長(zhǎng)分辨的圖像和多個(gè)第二 以空間精確波長(zhǎng)分辨的拉曼圖像相比。
可以以其它特定的形式來(lái)實(shí)施本公開(kāi)而不脫離本公開(kāi)的精神或 基本特性。因此，應(yīng)當(dāng)提到在本公開(kāi)的范圍內(nèi)表示的后附的權(quán)利要 求書(shū)，而不是上述說(shuō)明書(shū)。雖然上面的描述針對(duì)本公開(kāi)的優(yōu)選實(shí)施 例，但是，應(yīng)該指出，其它變化和修改對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō) 是顯而易見(jiàn)的并且可以在不脫離本公開(kāi)的精神或范圍的情況下進(jìn)行 這些變化和^f務(wù)改。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括a)提供SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的多個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少5×105nm2的二維區(qū)域；b)在所述SERS表面上淀積生物材料；c)借助于單色光源照射所述SERS表面上的所述生物材料，由此產(chǎn)生拉曼散射光子；d)將來(lái)自所述區(qū)域的所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；e)借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子；和f)將過(guò)濾和檢測(cè)的結(jié)果組合以便產(chǎn)生所述生物材料的多個(gè)光譜分辨拉曼圖像。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在 所述表面上。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度 和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。
4. 一種方法，包括a) 提供SERS表面，所述SERS復(fù)面具有分布在該表面上的多 個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少5 x 10SnmS的二維區(qū)域；b) 在所述SERS表面上淀積生物材料；c) 借助于單色光源照射所述SERS表面上的所述生物材料，由 此產(chǎn)生拉曼散射光子；d) 將所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；e) 借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射 光子并產(chǎn)生輸出信號(hào)；f) 通過(guò)重復(fù)步驟a-e，在多個(gè)聚焦深度上收集淀積在所述SERS 表面上的所述生物材料的輸出信號(hào)；和 g)組合所述收集的輸出信號(hào)，以便構(gòu)成淀積在所述SERS表面 上的所述生物材料的體積圖像。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在 所述表面上。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度 和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。
7. —種方法，包括a) 提供SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的多 個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少105111112的二維區(qū)域；b) 在所述SERS表面上淀積生物材料；c) 借助于單色光源沿著第一光路照射所述SERS表面上的所述 生物材料，由此產(chǎn)生沿著第二光路的拉曼散射光子，其中所述第一 光路相對(duì)于所述第二光路成傾斜角度；d) 將所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；e) 借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子；和f) 將過(guò)濾和檢測(cè)的結(jié)果組合以便產(chǎn)生所述生物材料的多個(gè)光譜 分辨拉曼圖像。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在 所述表面上。
9. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度 和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。
10. —種方法，包括 ，a) 提供SERS表面，所述SERS表面具有以下各項(xiàng)之一分布 在所述表面上的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)和分布在所述表面上的多個(gè)細(xì)微結(jié) 構(gòu)；b) 在所述SERS表面上淀積生物材料；c) 在所述生物材料和所述SERS表面之間設(shè)置試劑；d) 借助于單色光源照射所述SERS表面上的所述生物材料，由 此產(chǎn)生拉曼^:射光子；e) 將所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；f) 借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子；和g) 將過(guò)濾和檢測(cè)的結(jié)果組合以便產(chǎn)生所述生物材料的多個(gè)光譜 分辨拉曼圖像。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述納米結(jié)構(gòu)的高度、寬 度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從O.lnm至10nm范圍內(nèi)，而所 述細(xì)微結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm 至1000nm范圍內(nèi)。
12. —種方法，包括a) 提供SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的多 個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少5 x 105111112的二維區(qū)域；b) 在所述SERS表面上淀積生物材料；c) 借助于單色光源照射所述SERS表面上的所述生物材料，由 此產(chǎn)生拉曼散射光子，所述照射光源位于透明基片的前面；d) 經(jīng)由光學(xué)透鏡收集所述拉曼散射光子，其中所述光學(xué)透鏡位 于所述透明基片的后面；e) 將所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；f) 借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子；和g) 將過(guò)濾和檢測(cè)的結(jié)果組合以便產(chǎn)生所述生物材料的多個(gè)光譜 分辨拉曼圖像。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在 所述表面上。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬 度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。
15. —種方法，包括a) 提供SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的多 個(gè)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中所述表面包括至少5 x 105111112的二維區(qū)域；b) 在所述SERS表面上淀積材料，其中所述材料的長(zhǎng)度或?qū)挾?中至少一個(gè)維度至少為600nm;c) 借助于單色光源照射所述SERS表面上的所述材料，由此產(chǎn) 生拉曼散射光子；d) 將來(lái)自所述區(qū)域的所述拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段；e) 借助于二維陣列檢測(cè)器以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射 光子；和f) 將過(guò)濾和檢測(cè)的結(jié)果組合以便產(chǎn)生所述材料的多個(gè)光語(yǔ)分辨 拉曼圖像。
16. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)均勻地分布在 所述表面上。
17. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度 和長(zhǎng)度中至少一維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)。
18. —種設(shè)備，包括 單色光源；多個(gè)光纖，其中所述光纖把基本上單色的光傳送到樣品并且接 收由所述樣品產(chǎn)生的拉曼散射光子； 透明基片；SERS表面，所述SERS表面具有分布在該表面上的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)， 其中所述表面包括至少5 x 105111112的二維區(qū)域并且所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高 度、寬度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm至1000nm的范圍內(nèi)；可調(diào)諧濾波器，用于將所述拉曼"R射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定波段； 二維檢測(cè)器，用于以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子并 且響應(yīng)多個(gè)預(yù)定波段中的所述拉曼散射光子而產(chǎn)生輸出信號(hào)；處理器，所述處理器將所述二維檢測(cè)器的所述輸出信號(hào)組合以 便產(chǎn)生所述樣品的多個(gè)光譜分辨拉曼圖像。
全文摘要
用于將生物對(duì)象(100)成像的方法和設(shè)備。提供SERS表面(102)，所述表面具有均勻地分布在該表面上的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。所述表面包括至少5×10⁵nm的二維區(qū)域。所述增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的高度、寬度和長(zhǎng)度中至少一個(gè)維度的大小在從100nm到1000nm的范圍內(nèi)。在SERS表面(102)上淀積生物材料(100)。利用單色光源(110)照射SERS表面上的生物材料以便產(chǎn)生拉曼散射光子。利用可調(diào)諧濾波器(135)將拉曼散射光子過(guò)濾成多個(gè)預(yù)定的波段。二維陣列檢測(cè)器(145)以空間精確方式檢測(cè)過(guò)濾的拉曼散射光子。將過(guò)濾和檢測(cè)步驟的結(jié)果組合以便產(chǎn)生生物材料的多個(gè)光譜分辨拉曼圖像。
文檔編號(hào)G01J3/44GK101198847SQ200680021059
公開(kāi)日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2006年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月14日
發(fā)明者D·塔謝爾, J·S·邁爾, J·德穆思, P·J·特里多 申請(qǐng)人:化學(xué)影像公司